高考生物 第1讲 基因工程解题高效训练选修3.docx

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高考生物第1讲基因工程解题高效训练选修3

2014届高考生物第1讲基因工程解题高效训练新人教版选修3

第一讲

基因工程

[课堂考点集训]

考点一　基因工程的操作工具

1．基因工程在操作过程中需要限制酶、DNA连接酶、载体三种工具。

以下有关基本工具的叙述，正确的是（　　）

A．所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成

B．所有DNA连接酶均能连接黏性末端和平末端

C．真正被用作载体的质粒都是天然质粒

D．原核生物内的限制酶可切割入侵的DNA分子而保护自身

解析：

选D　大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成；DNA连接酶包括E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，前者只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来；在基因工程操作中真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。

2．（2013·东城模拟）基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。

已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是－G↓GATCC－，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是－↓GATC－。

根据图判断下列操作正确的是（　　）

A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割

B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割

C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割

D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割

解析：

选D　目的基因若用限制酶Ⅰ切割时，只能在目的基因的一侧切开，而不能将其切下；质粒若用限制酶Ⅱ切割，两种标记基因均将被破坏，所以只能用限制酶Ⅰ切割质粒。

考点二　基因工程与蛋白质工程

3．（2013·广东四校联考）将人的干扰素基因通过基因定点突变，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，改造后的干扰素比天然干扰素的抗病毒活性和稳定性显著提高，此项技术属于（　　）

A．蛋白质工程　　　　　　B．细胞工程

C．胚胎工程D．生态工程

解析：

选A　蛋白质工程是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。

由题意知该技术属于蛋白质工程。

4．（2013·长沙模拟）下列关于蛋白质工程和基因工程的比较，不合理的是（　　）

A．基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质

B．蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，蛋白质工程最终还是要通过基因修饰或基因合成来完成

C．当得到可以在－70℃条件下保存半年的干扰素后，在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成

D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的

解析：

选C　利用蛋白质工程生产蛋白质产品应通过改造相应基因后，再经基因表达大量产生。

考点三　基因工程的操作与应用

5．（2012·福建高考）肺细胞中的let7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。

研究人员利用基因工程技术将let7基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。

该基因工程技术基本流程如图1。

请回答：

（1）进行过程①时，需用________酶切开载体以插入let7基因。

载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let7基因转录，该部位称为____________。

（2）进行过程②时，需用____________酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。

（3）研究发现，let7基因能影响癌基因RAS的表达，其影响机理如图2。

据图分析，可从细胞中提取________进行分子杂交，以直接检测let7基因是否转录。

肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中________________（RASmRNA/RAS蛋白）含量减少引起的。

解析：

（1）过程①为基因表达载体的构建，该过程涉及的工具酶为限制性核酸内切酶和DNA连接酶，需用限制酶切开载体以插入let7基因。

完整的基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等，而启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点。

（2）进行过程②时，用胰蛋白酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于细胞的传代培养。

（3）从图中可以看出，RASmRNA和let7基因转录的miRNA配对形成杂交分子，从而抑制了癌基因RAS的表达，故可以提取RNA进行分子杂交，以直接检测let7基因是否转录。

答案：

（1）限制性核酸内切（或限制）　启动子

（2）胰蛋白

（3）RNA　RAS蛋白

[课下综合检测]

一、选择题

1．下列关于基因工程的叙述中，正确的是（　　）

A．DNA连接酶和RNA聚合酶催化生成的化学键相同

B．DNA连接酶对“缝合”序列不进行特异性识别，无专一性催化特点

C．受体细菌若能表达质粒载体上抗性基因，即表明重组质粒成功导入

D．培育转基因油菜，需对受体细胞进行氯化钙处理

解析：

选A　DNA连接酶和RNA聚合酶催化生成的化学键都是磷酸二酯键；酶具有专一性的特点，对于有黏性末端的DNA片段，DNA连接酶只识别连接含有相同黏性末端的DNA片段；有些受体细菌体内本身就含有与质粒上相同的抗性基因，故抗性基因的表达不能作为成功导入的标志；用氯化钙处理大肠杆菌，可增加大肠杆菌细胞壁的通透性，利于重组质粒的导入，对于植物细胞而言，氯化钙不起作用。

2.（2012·杭州质检）右图表示用化学方法合成目的基因Ⅰ的过程。

据图分析下列叙述正确的是（　　）

A．过程①需要DNA连接酶

B．过程②需要DNA限制性核酸内切酶

C．目的基因Ⅰ的碱基序列是已知的

D．若某质粒能与目的基因Ⅰ重组，则该质粒和Ⅰ的碱基序列相同

解析：

选C　题图所示为化学方法合成目的基因的过程。

①②过程依赖碱基互

补配对。

质粒和目的基因的碱基序列一般不相同。

3．我国转基因抗虫棉是在棉花细胞中转入Bt毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。

下列叙述错误的是（　　）

A．Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离的

B．Bt毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中

C．培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验

D．用DNA聚合酶连接经切割的Bt毒蛋白基因和载体

解析：

选D　Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因；Bt毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中；培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验；切割下来的Bt毒蛋白基因和载体的连接是靠DNA连接酶来完成的。

4．下列有关基因工程技术的原理或实质的叙述，合理的有（　　）

①基因诊断

的基本原理是DNA分子杂交；②基因治疗的原理是将正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能；③DNA探针技术的原理是探针与样品中变性处理的DNA单链配对杂交；④构建基因表达载体的实质是基因突变；⑤PCR技术的实质是体外复制特定DNA片段的核酸合成技术

A．一项　　　　　　　　　B．两项

C．三项D．四项

解析：

选D　①②③⑤四项均合理，而④错误，构建基因表达载体的实质是基因重组。

5．下图表示蛋白质工程的操作过程，下列说法不正确的是（　　）

A．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作

B．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术

C．a、b过程分别是转录、翻译

D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因

解析：

选B　蛋白质工程中了解蛋白质分子结构如蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等，对于合成或改造基因至关重要；蛋白质工程的进行离不开基因工程，对蛋白质的改造是通过对基因的改造来完成的；图中a、b过程分别是转录、翻译过程；蛋白质工程中可能根据蛋白质的结构构建出一种全新的基因。

6．动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。

科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时（　　）

A．仅仅利用了基因工程技术

B．不需要乳腺蛋白基因的启动子

C．利用基因枪法将人的生长激素基因导入受精卵中

D．需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”

解析：

选D　科学家培养转基因动物时涉及基因工程、胚胎工程等现代生物技术；生产生长激素时需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵中，培养至适宜的胚胎阶段，移植到母体内，使其生长发育成转基因动物。

7．下列关于基因工程的叙述，错误的是（　　）

A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物

B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶

C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性

D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达

解析：

选D　目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。

运载体中的抗性基因为标记基因，其作用是有利于筛选含重组DNA的细胞，但不能促进目的基因的表达。

8．降钙素是一种多肽类激素，临床上用于治疗骨质疏松症等。

人的降钙素活性很低，半衰期较短。

某科学机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素，从预期新型降钙素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了两条72个碱基的DNA单链，两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段，再利用Klenow酶补平，获得双链DNA，过程如下图：

获得的双链DNA经EcoRⅠ（识别

序列和切割位点

↓

－GAATTC－）和BamHⅠ（识别序列和切割位点

↓

－GGATCC－）双酶切后插入大肠杆菌质粒中。

下列有关分析错误的是（　　）

A．Klenow酶是一种DNA聚合酶

B．合成的双链DNA有72个碱基对

C．EcoRⅠ和BamHⅠ双酶切的目的是保证目的基因和运载体的定向连接

D．筛选重组质粒需要大肠杆菌质粒中含有标记基因

解析：

选B　合成的单链DNA有72个碱基

，从题图看出两条单链并未左右两端对齐配对，只通过18个碱基对形成部分双链DNA片段，因此获得的双链DNA有碱基对72＋72－18＝126个碱基对。

二、非选择题

9．（2012·新课标全国卷）根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）限制性内

切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。

（2）质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：

AATTC……G

G……CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割

外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是_____________________________________

________________________________________________________________________。

（3）按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。

（4）反转录作用的模板是________，产物是________。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用________技术。

（5）基因工程中除质粒外，________________和________________也可作为运载体。

（6）若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是________________________。

解析：

（1）DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种——黏性末端和平末端。

（2）为了保证目的基因与运载体相连，用另一种限制酶切割后形成的黏性末端必须与EcoRⅠ切割形成的黏性末端相同。

（3）DNA连接酶有大肠杆菌DNA连接酶和T4DNA连接酶两类。

（4）反转录的模板是mRNA，产物是DNA。

大量扩增反转录产物常采用PCR技术。

（5）在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。

（6）经Ca2＋处理后的大肠杆菌才能够吸收周围环境中的DNA分子。

答案：

（1）黏性末端　平末端　

（2）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同　（3）大肠杆菌　T4　（4）mRNA（或RNA）　cDNA（或DNA）　PCR　（5）噬菌体　动植物病毒　（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱

10．如图表示运用基因工程技术生产胰岛素的三条途径。

据图结合所学知识回答下列问题：

（1）为了便于将含有目的基因的细胞筛选出来，所选择的质粒上应该具有__________________。

（2）培育转基因羊的过程中，科研人员通过感染或____________技术将重组质粒M转移到受体

细胞A中，受体细胞A应该是________细胞。

③过程中还用到了__________________技术。

（3）受体细胞B应该是莴苣的________（填“体细胞”“卵细胞”或“受精卵），导入该细胞后

，需对该细胞进行培养，经________过程形成愈伤组织。

（4）莴苣为双子叶植物，过程②常用的方法是________________；过程⑥常用的方法是用________来处理大肠杆菌，使其易于吸纳重组质粒M。

解析：

（1）质粒上有标记基因，便于筛选。

（2）由于受精卵全能性最高，且体积较大便于操作，因此培育转基因羊时，常用显微注射技术将重组质粒导入受精卵，然后用动物细胞培养技术获得早期胚胎，然后用胚胎移植技术将早期胚胎植入母体子宫，发育为新个体。

（3）培育卵细胞得到的是单倍

体植物

，受精卵位于植物的胚珠内，不易获取，因此常将重组质粒导入分裂能力较强的体细胞中。

（4）土壤农杆菌易侵染双子叶植物；用钙离子处理大肠杆菌，可使大肠杆菌细胞处于感受态，易于重组质粒进入细菌体内。

答案：

（1）标记基因　

（2）显微注射　受精卵　动物细胞培养、胚胎移植　（3）体细胞　脱分化　（4）农杆菌转化法　钙离子

11．（2012·江苏高考）图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。

现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。

请回答下列问题：

（1）图1的一条脱氧核苷酸链中

相邻两个碱基之间依次由________连接。

（2）若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为________________________________________________________________________。

（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。

从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。

（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。

在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________的培养基进行培养。

经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是__________________________________________

____________________________________。

解析：

（1）一条脱氧核苷

酸链中相邻的两个碱基之间是通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连的。

（2）从SmaⅠ的识别序列和酶切位点可知，其切割后产生的是平末端，图1中DNA片段有两个SmaⅠ的识别序列，故切割后产生的产物长度为534＋3＝537（bp）、796－3－3＝790（bp）和658＋3＝661（bp）的三个片段。

（3）图示方框内发生碱基对的替换后，形成的d基因失去了1个SmaⅠ的识别序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完全切割所得产物中除原有D基因切割后的3种长度的DNA片段外，还增加一种d基因被切割后出现的长度为537＋790＝1327（bp）的DNA片段。

（4）目的基因的两端都有BamHⅠ的识别序列，质粒的启动子后抗生素A抗性基因上也有BamHⅠ的识别序列，故应选用的限制酶是BamHⅠ，此时将抗生素B抗性基因作为标记基因，故筛选时培养基中要添加抗生素B。

经过同种限制酶切割后会产生相同的未端，部分目的基因与质粒反向连接而导致基因无法正常表达。

答案：

（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖

（2）平　537bp、790bp、661bp

（3）4

（4）BamHⅠ　抗生素B　同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接

[教师备选题库]

1．（2011·浙江高考）将ada（腺苷酸脱氨酶基因）通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。

下列叙述错误的是（　　）

A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒

B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点

C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada

D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子

解析：

选C　每个限制酶识别位点处只能插入一个ada，插入的ada成功表达，说明每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。

2．（2011·四川高考）北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。

下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是（　　）

A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序

B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白

C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选

D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达

解析：

选B　过程①为逆转录过程获得目的基因，缺少相应内含子，所以用这种方法获得的基因不能用于比目鱼基因组测序。

将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，得到的蛋白质其抗冻性并不增强。

重组质粒上有标记基因，并不是转入农杆菌才能筛选，而是用农杆菌转化法，有利于重组质粒导入受体细胞。

应用DNA探针技术，可以检测目的基因是否在受体细胞中存在，并不能检测其是否表达。

3．（2010·全国卷Ⅱ）下列叙述符合基因工程概念的是（　　）

A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因

B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株

C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株

D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上

解析：

选B　基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术，是一种人为的操作过程。

A项属于细胞工程；B项符合基因工程的概念；C项属于诱变育种；D项是自然发生的，不是人为操作的，不属于基因工程。

4

．（2010·浙江高考）在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是（　　）

A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸

B．用DNA连接酶连接经切

割的抗除草剂基因和载体

C．将重组DNA分子导入烟草原生质体

D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞

解析：

选A　限制性核酸内切酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA；目的基因与载体的连接由DNA连接酶催化连接；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时候应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞。

5．（2011·江苏高考）请回答基因工程方面的有关问题：

（1）利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似（如图所示）。

图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。

①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为________。

②在第________轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。

（2）设计引物是PCR技术关键步骤之一。

某同学设计的两组引物（只标注了部分碱基序列）都不合理（如下图），请分别说明理由。

①第1组：

______________________________________________________________

②第2组：

_________________________________________________________________

（3）PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为__________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）用限制酶EcoRV、MboⅠ单独或联合切割同一种质粒，得到的DNA片段长度如图（1kb即1000个碱基对），请在指定位置画出质粒上EcoRV、MboⅠ的切割位点。

解析：

（1）①根据PCR过程的特点绘制PCR过程示意图如图所示，由图可知，由原来的每条母链为模板合成的两个新DNA分子中，只含有引物A或引物B，而以新合成的子链为模板合成新DNA分子时，两种引物都含有，

故第四轮循环共产生16个DNA分子，其中含有引物A的分子是15个，占15/16。

②由图示可知，第一、二轮循环合成的子链长度均不同，根据半保留复制特点可知，前两轮循环产生的四个DNA分子的两条链均不等长，第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链，如图。

（2）在第1组引物中，引物Ⅰ的部分碱基序列是CAGGCT，引物Ⅱ的部分碱基序列是AGCCTG，若利用这两个引物进行DNA扩增，会因其中的部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效。

在第2组引物中，引物Ⅰ′的部分碱基序列是AACTG和CAGTT，该引物一旦发生自身折叠，也将会出现部分碱基发生碱基互补配对而使引物失效。

（3）图中直接将两个脱氧核苷酸合成DNA单链，这不是DNA聚合酶的功能。

DNA聚合酶只能在DNA模板存在的条件下，将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上。

（4）根据图示，该质粒为环形质粒。

用限制酶EcoRⅤ单独切割该质粒时，只形成一个片段，说明该质粒上只有1个限制酶EcoRⅤ的识别位点。

用限制酶MboⅠ单独切割该质粒时，形成两个片段，说明该质粒上有两个限制酶MboⅠ的识别位点。

用限制酶EcoRⅤ和MboⅠ联合切割该质粒时，形成三个片段，其中有一个片段的长度与用MboⅠ单独切割该质粒时产生的片段长度相同（2.5kb），另外的两个片段是5.5kb和6kb，这说明限制酶EcoRⅤ的切割位点存在于用MboⅠ单独切割该质粒时产生的另一片段（11.5kb）上。

答案：

（1）①15/16　②三

（2）①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效　②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效　（3）DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上

（4）见右图